CN113084720A - 一种陶瓷结合剂双层砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷结合剂双层砂轮及其制备方法，该砂轮由不同粒度的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料。采用该双层砂轮磨削手机不锈钢材质中框工件，在使用寿命不变的前提下，加工效率可以提高20%以上，同时表面划伤和划道概率大幅降低到1%以内，获得的表面效果大幅提升，加工后工件的良品率提高至98%以上。

Description

一种陶瓷结合剂双层砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于磨料磨具行业研磨抛光产品技术领域，具体涉及一种陶瓷结合剂双层砂轮，主要应用于不锈钢材料具有高精度和高表面质量要求的3C结构件磨削和抛光加工。

背景技术

随着5G时代到来，对信号的要求越来越高，加上无线充电的需要，“金属中框+双面玻璃”将是移动设备未来的发展方向。中框作为关键结构件，越来越多的用到强度更高的材料，而不锈钢因其优异的结构性能和耐蚀能力，将会更广泛地应用在金属中框上，以保持对机身和屏幕的强大支撑。为了获得更好的加工精度和表面质量，不锈钢中框表面需要进行超精研磨，但是由于不锈钢属于难加工材料，其本身可塑性较高，磨削过程中一方面受力容易挤压变形，另一方面磨屑容易黏附在砂轮表面导致砂轮被堵塞；加上不锈钢本身导热性差，摩擦进一步加剧了因磨削力和磨削热增加，导致加工表面划伤和磨削区温度升高引起的烧伤或局部热变形。因此，不锈钢中框的精密加工对砂轮要求很高，而现有的磨具制造技术不能完全满足使用要求，在磨削过程中很容易出现烧伤划伤等表面质量问题，导致结构件的生产良品率不高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种陶瓷结合剂双层砂轮及其制备方法，采用该双层砂轮磨削手机不锈钢材质中框工件，在使用寿命不变的前提下，加工效率可以提高20%以上，同时表面划伤和划道概率大幅降低到1%以内，获得的表面效果大幅提升，加工后工件的良品率提高至98%以上。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种陶瓷结合剂双层砂轮，该砂轮由不同粒度的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料。

上述的双层砂轮，所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：

碳化硅26～96%，微晶陶瓷刚玉0～70%，陶瓷结合剂3～35%，造孔剂0～10%，临时粘结剂0.5～3%，有机润湿剂0.5～4.5%；

所述碳化硅、微晶陶瓷刚玉的粒度均为F150～F400；

所述陶瓷结合剂使用前过80～240目筛网。

上述的双层砂轮，所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：

碳化硅15～96%，微晶陶瓷刚玉0～81%，陶瓷结合剂3～35%，造孔剂0～10%，临时粘结剂0.5～3%，有机润湿剂0.5～4.5%；

所述碳化硅、微晶陶瓷刚玉的粒度均为F220～F800；

所述陶瓷结合剂使用前过120～320目筛网。

进一步的，所述造孔剂为木粉、精萘或空心球等，造孔剂粒度为23～150μm。所述临时粘结剂为糊精粉或树脂粉，粒度30～80μm。

进一步的，所述有机润湿剂为质量浓度5～28%的糊精、聚乙烯醇、甲基纤维素或工业明胶的水溶液。

本发明粗颗粒层、细颗粒层的成型料配方中，碳化硅磨料、微晶陶瓷刚玉磨料起磨削作用，粒度参考标准GB/T 2481.2-2009；陶瓷结合剂在磨削时起到固结磨料作用；造孔剂的粒径尺寸和添加量可根据砂轮气孔设计来确定；有机润湿剂用于润湿磨料和起临时粘结剂作用。

众所周知，粗颗粒磨料参与磨削时具有较高的效率和使用寿命，细颗粒磨料参与磨削时可以获得较好的表面质量，因此本发明利用这种磨料特性，将砂轮设计成同时具有粗颗粒层和细颗粒层的双层结构，在磨削工件时先用粗颗粒层磨削去除被磨工件余量，然后再用细颗粒层磨削用来获得好的表面质量，以此来兼顾工件的磨削效率和表面质量。

上述双层砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀，混合好的料过24～120目筛网，装入密封容器中闷料8～24h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过12～60目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得的两层砂轮密度为1.3～2.5g/cm³；

3）将成型好的砂轮放入烘箱中烘干，然后装入高温炉中烧成（根据结合剂确定最高烧成温度，配比及耐火度的不同，一般于900～1260℃根据装炉量保温3～12h），烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

本发明公开了一种磨削用陶瓷结合剂双层砂轮，砂轮由两层不同粒度的砂轮结合在一起，如图1所示。其制造过程主要是首先按比例将陶瓷结合剂各原料混制均匀，然后与碳化硅、微晶陶瓷刚玉磨料及其它材料按照砂轮成型料配比混制，成型料经过压制成型、干燥、高温烧制和机加工等工艺后，制成气孔率为20～55%的双层碳化硅陶瓷砂轮。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过对砂轮配方及结构设计的改进提供了一种陶瓷结合剂双层砂轮，其可以提高砂轮的磨削性能和容屑散热能力，在不锈钢材料3C结构件的磨削效率和表面抛光质量方面具有较好的效果。采用本发明砂轮磨削手机不锈钢材质中框工件，在使用寿命不变的前提下，加工效率可以提高20%以上，获得的表面效果大幅提升，将出现表面划伤划道得概率降低到1%以内，加工后工件的良品率由不足85%提高至98%以上。

附图说明

图1为本发明所述陶瓷结合剂双层砂轮的示意图；图中，1为粗颗粒磨料，2为细颗粒磨料，3为砂轮的粗颗粒层，4为砂轮的细颗粒层。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

下述实施例中，所用原料均为可以直接购买的普通市售产品。

实施例1

一种陶瓷结合剂双层砂轮（如图1所示），该砂轮由体积1:1的粗颗粒层3和细颗粒层4组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料；

所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料67%，微晶陶瓷刚玉磨料10%，陶瓷结合剂15%，造孔剂木粉5%，临时粘结剂糊精粉2%，有机润湿剂1%（质量浓度20%的糊精水溶液）；所述碳化硅磨料粒度为F150、微晶陶瓷刚玉磨料的粒度为F180；所述陶瓷结合剂（原料质量百分比为：粘土35%，钾长石65%）使用前过180目筛网；所述木粉粒度120～150μm，糊精粉粒度53～80μm。

所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料60%，微晶陶瓷刚玉磨料17%，陶瓷结合剂15%，造孔剂精萘粉5%，临时粘结剂糊精粉2%，有机润湿剂1%（质量浓度20%的糊精水溶液）；所述碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料的粒度均为F220；所述陶瓷结合剂（原料质量百分比为：粘土35%，钾长石65%），使用前过180目筛网；所述精萘粉粒度53～80μm，糊精粉粒度53～80μm。

上述双层砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀（具体为：按比例取碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料，并加入有机润湿剂混匀，然后加入陶瓷结合剂、造孔剂和临时粘结剂混匀），混合好的料过60目筛网，装入密封容器中闷料15h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过30目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得的双层砂轮密度为2.2g/cm³；

3）干燥和烧制：将成型好的砂轮放入烘箱中烘干排除水分，然后装入高温炉中，于烧成温度1240℃保温6h，烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

实施例2

一种陶瓷结合剂双层砂轮，该砂轮由体积1:1的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料；

所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料45%，微晶陶瓷刚玉磨料40%，陶瓷结合剂9%，造孔剂精萘粉1%，临时粘结剂糊精粉2%，有机润湿剂3%（质量浓度15%的聚乙烯醇水溶液）；所述碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料粒度均为F220；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂及其制备方法、磨具》，申请号：CN202011339485.9）使用前过180目筛网；所述精萘粉粒度38～53μm，糊精粉粒度为38～53μm。

所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料68%，微晶陶瓷刚玉磨料21%，陶瓷结合剂6.5%，造孔剂0%，糊精粉1.5%，有机润湿剂3%（质量浓度15%的聚乙烯醇水溶液）；所述碳化硅磨料的粒度均为F280；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂及其制备方法、磨具》，申请号：CN202011339485.9）使用前过180目筛网；糊精粉粒度38～53μm。

上述双层砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀（具体为：按比例取碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料，并加入有机润湿剂混匀，然后加入陶瓷结合剂、造孔剂和临时粘结剂混匀），混合好的料过80目筛网，装入密封容器中闷料24h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过30目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得双层砂轮密度为1.8g/cm³；

3）干燥和烧制：将成型好的砂轮放入烘箱中干燥排除水分，然后装入高温炉中，于烧成温度1050℃保温3h；烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

实施例3

一种陶瓷结合剂双层砂轮，该砂轮由体积1:1的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料；

所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料75%，微晶陶瓷刚玉磨料5%，陶瓷结合剂12%，精萘粉3%，临时粘结剂糊精粉1%，有机润湿剂4%（质量浓度20%的糊精水溶液）；所述碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料的粒度均为F280；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂及其制备方法、磨具》，申请号：CN202011339485.9），使用前过240目筛网；所述精萘粉粒度38～53μm，糊精粉粒度为38～53μm。

所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料82%，微晶陶瓷刚玉磨料0%，陶瓷结合剂10%，精萘粉3%，糊精粉1%，有机润湿剂4%（质量浓度20%的糊精水溶液）；所述碳化硅磨料的粒度均为F400；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂及其制备方法、磨具》，申请号：CN202011339485.9），使用前过240目筛网；所述精萘粒度23～30μm，糊精粉粒度30～38μm。

上述双层碳化硅砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀（具体为：按比例取碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料，并加入有机润湿剂混匀，然后加入陶瓷结合剂、造孔剂和临时粘结剂混匀），混合好的料过120目筛网，装入密封容器中闷料12h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过30目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得双层砂轮密度为1.7g/cm³；

3）干燥和烧制：将成型好的砂轮放入烘箱中烘干排除水分，然后装入高温炉中，于烧成温度1000℃保温10h；烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

实施例4

一种陶瓷结合剂双层砂轮，该砂轮由体积1:1的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料；

所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料35%，微晶陶瓷刚玉磨料45%，陶瓷结合剂12%，造孔剂玻璃空心球 3%，临时粘结剂糊精粉1%，有机润湿剂4%（质量浓度18%的工业明胶溶液）；所述碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料的粒度均为F320；所述陶瓷结合剂为白鸽磨料磨具有限公司生产的L32陶瓷结合剂，使用前过240目筛网；所述玻璃空心球粒度53～80μm，糊精粉粒度30～46μm。

所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料62%，微晶陶瓷刚玉磨料20%，陶瓷结合剂9%，精萘粉6%，糊精粉1%，有机润湿剂3%（质量浓度18%的工业明胶溶液）；所述碳化硅磨料的粒度均为F400；所述陶瓷结合剂为白鸽磨料磨具有限公司生产的L32陶瓷结合剂，使用前过240目筛网；所述精萘粒度23～30μm，糊精粉粒度30～38μm。

上述双层砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀（具体为：按比例取碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料，并加入有机润湿剂混匀，然后加入陶瓷结合剂、造孔剂和临时粘结剂混匀），混合好的料过120目筛网，装入密封容器中闷料12h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过30目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得双层砂轮密度为1.7g/cm³；

3）干燥和烧制：将成型好的砂轮放入烘箱中烘干排除水分，然后装入高温炉中，于烧成温度1050℃保温9h；烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

实施例5

一种陶瓷结合剂双层砂轮，该砂轮由体积1:1的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料；

所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料46%，微晶陶瓷刚玉磨料35%，陶瓷结合剂10%，木粉5%，糊精粉1%，有机润湿剂3%（质量浓度15%的甲基纤维素溶液）；所述碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料的粒度均为F400；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂、陶瓷结合剂磨盘及其制备方法》，申请号：CN201710027238.7），使用前过240目筛网；所述木粉粒度53～80μm，糊精粉粒度30～46μm。

所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：碳化硅磨料84%，微晶陶瓷刚玉磨料0%，陶瓷结合剂8.5%，精萘粉3%，糊精粉2%，有机润湿剂2.5%（质量浓度15%的甲基纤维素溶液）；所述碳化硅磨料的粒度均为F600；所述陶瓷结合剂（配方参见专利《一种陶瓷结合剂、陶瓷结合剂磨盘及其制备方法》，申请号：CN201710027238.7），使用前过320目筛网；所述精萘粒度23～30μm，糊精粉粒度30～38μm。

上述双层砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀（具体为：按比例取碳化硅磨料和微晶陶瓷刚玉磨料，并加入有机润湿剂混匀，然后加入陶瓷结合剂、造孔剂和临时粘结剂混匀），混合好的料过120目筛网，装入密封容器中闷料12h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过30目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得双层砂轮密度为1.4g/cm³；

3）干燥和烧制：将成型好的砂轮放入烘箱中烘干排除水分，然后装入高温炉中，于烧成温度920℃保温12h；烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

效果试验数据

以下给出了采用本发明不同实施例双层砂轮在相同磨削条件下（磨床：型号MM7120A；砂轮转速：2800rpm；工件材质：316不锈钢板；工件尺寸的长*宽*厚：450mm*8mm*3mm；粗颗粒层磨削余量：0.2mm；细颗粒层磨削余量：0.01mm）的磨削性能对比，结果见表1。

表1 本发明双层砂轮的磨削测试对比

由表1中的数据可知，随着粒度变细，砂轮的磨削比和磨削效率逐渐降低，工件的表面Ra值降低明显。因此采用双层结构砂轮磨削时，粗颗粒层具有更高的磨削比和磨削效率，细颗粒层可以获得更好的工件表面质量。

以下给出了采用本发明实施例3双层砂轮与市售同类砂轮在相同磨削条件下（工件及材质：手机中框，316不锈钢；磨床型号：JDCT600；砂轮转速：3200rpm；单边磨削余量：0.025mm）的磨削性能对比，结果见表2。

表2本发明双层砂轮与市售同类砂轮实测磨削对比结果

由表2对比可知，采用本发明制造的双层结构砂轮产品与市售同类产品在磨削手机不锈钢材质中框工件时，本发明双层结构砂轮产品磨削时间短，效率提高20%以上，同时大幅降低表面划伤和划道概率到1%以内，获得的表面效果大幅提升，加工后工件的良品率由不足85%提高至98%以上。

Claims (6)

1.一种陶瓷结合剂双层砂轮，其特征在于，该砂轮由不同粒度的粗颗粒层和细颗粒层组成，所述粗颗粒层的成型料粒度大于细颗粒层的成型料。

2.如权利要求1所述的陶瓷结合剂双层砂轮，其特征在于，所述粗颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：

碳化硅26～96%，微晶陶瓷刚玉0～70%，陶瓷结合剂3～35%，造孔剂0～10%，临时粘结剂0.5～3%，有机润湿剂0.5～4.5%；

所述碳化硅、微晶陶瓷刚玉的粒度均为F150～F400；

所述陶瓷结合剂使用前过80～240目筛网。

3.如权利要求1所述的陶瓷结合剂双层砂轮，其特征在于，所述细颗粒层的成型料由下述重量百分比原料组成：

碳化硅15～96%，微晶陶瓷刚玉0～81%，陶瓷结合剂3～35%，造孔剂0～10%，临时粘结剂0.5～3%，有机润湿剂0.5～4.5%；

所述碳化硅、微晶陶瓷刚玉的粒度均为F220～F800；

所述陶瓷结合剂使用前过120～320目筛网。

4.如权利要求2或3所述的陶瓷结合剂双层砂轮，其特征在于，所述造孔剂为木粉、精萘或空心球；所述临时粘结剂为糊精粉或树脂粉。

5.如权利要求2或3所述的陶瓷结合剂双层砂轮，其特征在于，所述有机润湿剂为质量浓度5～28%的糊精、聚乙烯醇、甲基纤维素或工业明胶的水溶液。

6.权利要求1至5任一所述陶瓷结合剂双层砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）成型料混制：按比例取粗颗粒层或细颗粒层的各原料并混匀，混合好的料过24～120目筛网，装入密封容器中闷料8～24h，即制得粗颗粒层或细颗粒层的成型料；

2）砂轮成型：投料前成型料过12～60目筛网，依次将粗颗粒层成型料、细颗粒层成型料投入模具中进行压制，压制所得的两层砂轮密度为1.3～2.5g/cm³；

3）将成型好的砂轮放入烘箱中烘干，然后装入高温炉中烧成，烧制后按需求进行机械加工即得成品砂轮。

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